李曉利， 鄭榮玉， 嚴(yán)珠琴， 康 磊

(1.陜西省榆林市氣象臺,陜西榆林 719000；2.福建省三明市氣象局,福建三明 365000；3.安徽省樅陽縣氣象局,安徽安慶 246701)

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陜西中南部一次持續(xù)性暴雨天氣過程分析

李曉利1， 鄭榮玉2， 嚴(yán)珠琴3， 康 磊1

(1.陜西省榆林市氣象臺,陜西榆林 719000；2.福建省三明市氣象局,福建三明 365000；3.安徽省樅陽縣氣象局,安徽安慶 246701)

摘要利用常規(guī)觀測資料，緊密結(jié)合暴雨發(fā)生的物理?xiàng)l件，從環(huán)流形勢、影響系統(tǒng)、物理量場等方面，對2011年9月16～19日陜西中南部發(fā)生的一次持續(xù)性暴雨天氣的發(fā)生機(jī)制、過程特征進(jìn)行初步診斷分析。結(jié)果表明，這次暴雨過程發(fā)生在深厚的上升氣流中，有明顯的水汽通量輻合和水汽通量輸送，高低空急流的長時(shí)間維持、對流層低層“人”字型切變的存在以及地面冷鋒移動緩慢造成暴雨天氣的持續(xù)；θse的鋒區(qū)位置與強(qiáng)降水的出現(xiàn)具有很好的對應(yīng)關(guān)系，θse鋒區(qū)的南壓對于強(qiáng)降水的預(yù)報(bào)具有一定指示意義。

關(guān)鍵詞持續(xù)性暴雨；環(huán)流形勢；影響系統(tǒng)；物理量場

2011年9月陜西省出現(xiàn)少見的強(qiáng)秋淋天氣，出現(xiàn)3次暴雨天氣過程，共9個(gè)暴雨日，165站次暴雨，5站次大暴雨，全省暴雨站次和平均降水量均為1961年以來歷史同期最多。強(qiáng)秋淋天氣引發(fā)渭河、漢江出現(xiàn)汛情，關(guān)中、陜南多地發(fā)生滑坡、泥石流、塌方等災(zāi)害，造成多處鐵路公路中斷、河堤決口、村莊被淹等災(zāi)害，并造成多人死傷。其中16～19日降水過程強(qiáng)度最強(qiáng)、影響范圍最大，過程累積雨量最大為漢中鎮(zhèn)巴縣的251.9 mm。

穩(wěn)定的大尺度天氣形勢、充足的水汽、對流不穩(wěn)定能量的積累及釋放是持久性暴雨產(chǎn)生的3個(gè)主要物理?xiàng)l件[1-3]。目前國內(nèi)專家對暴雨的研究較多，尤其是注重對致災(zāi)暴雨的研究，從環(huán)流背景、地形、物理量特征等方面均進(jìn)行了相關(guān)研究[4-7]，但不同的暴雨個(gè)例物理?xiàng)l件表現(xiàn)不盡相同。筆者利用常規(guī)觀測資料，緊密結(jié)合暴雨發(fā)生的物理?xiàng)l件，從環(huán)流形勢、影響系統(tǒng)、物理量場等方面，對2011年9月16～19日陜西中南部發(fā)生的這次持續(xù)性暴雨天氣的發(fā)生機(jī)制、過程特征進(jìn)行初步診斷分析，以期為今后類似天氣過程的預(yù)報(bào)服務(wù)提供參考。

1影響系統(tǒng)分析

1.1環(huán)流形勢

1.1.1500 hPa環(huán)流形勢。16日08：00(圖1a),歐亞中高緯環(huán)流形勢為兩槽一脊型，西西伯利亞為一阻塞高壓，新地島到巴爾喀什湖有一低槽，鄂霍茨克海經(jīng)我國東北的北部—蒙古國中部—我國新疆的北側(cè)有一橫槽，東亞中緯度為平直西風(fēng)氣流，高空鋒區(qū)位于40°N附近，這支西風(fēng)鋒區(qū)引導(dǎo)冷空氣東移后從華北南下，使河套地區(qū)位于地面冷高壓的后部并形成回流，從橫槽底后部分裂的短波槽經(jīng)高原東移后得到發(fā)展，形成強(qiáng)的西南氣流帶；西太平洋副熱帶高壓維持在日本島附近，584 dagpm線位于陜西南部，陜西中南部處在副高外圍的西南氣流中。20：00從橫槽底部分裂的冷空氣經(jīng)蒙古國、河套南下和經(jīng)高原東移的冷空氣與副高外圍的西南暖濕氣流交匯于華西地區(qū)，從而造成該地區(qū)陰雨天氣持續(xù)及降水強(qiáng)度增強(qiáng)。17日08：00鋒區(qū)南壓至40°N以南，引導(dǎo)橫槽底部不斷有冷空氣擴(kuò)散南壓，巴爾喀什湖附近低槽底部有擴(kuò)散西風(fēng)槽東移。20：00鋒區(qū)東移了5個(gè)緯距，橫槽轉(zhuǎn)豎東移，影響陜西北部轉(zhuǎn)為偏北風(fēng)，降水減弱，中南部繼續(xù)受東移西風(fēng)槽的影響，降水天氣維持。18日08：00(圖1b)，阻塞高壓強(qiáng)度減弱并略有東移，西風(fēng)槽東移至河西到高原東部，584 dagpm線北抬，四川到陜西的南風(fēng)氣流加強(qiáng)，陜西處于西風(fēng)槽前西南氣流中，槽前的正渦度平流有利于上升運(yùn)動和低層低值系統(tǒng)的發(fā)展，穩(wěn)定的副高外圍西南暖濕氣流為暴雨提供源源不斷的水汽。穩(wěn)定少動的影響系統(tǒng)、充足的水汽輸送、強(qiáng)烈的動力上升運(yùn)動條件，則形成了區(qū)域性暴雨天氣。20:00西風(fēng)槽東移至河套東部，高原到新疆的脊加強(qiáng)，降水明顯減弱。

1.1.2700 hPa環(huán)流形勢。此次降水過程700 hPa一直有風(fēng)場的切變線存在，且從云貴高原經(jīng)四川盆地到陜西中南部的一支低空西南急流維持了48 h以上。16～18日700 hPa切變線和急流區(qū)域演變(圖2)顯示，16日08：00四川北部到甘肅南部有一低值閉合區(qū)，云貴高原到陜西南部的偏南氣流加強(qiáng)，風(fēng)速最大為12 m/s； 17日08：00四川北部到陜西南部有一切變線，急流區(qū)位于云貴高原西北部；20：00西南急流發(fā)展，風(fēng)速增大至16 m/s，陜西南部到四川東部與陜西中南部到河南中部形成“人”字形切變，相應(yīng)的陜西中南部低空急流范圍擴(kuò)大、強(qiáng)度增強(qiáng)，影響降水強(qiáng)度增大；18日08：00，急流區(qū)范圍繼續(xù)增大，云貴高原經(jīng)四川盆地到陜南發(fā)展成大片的西南急流，達(dá)縣和安康風(fēng)速達(dá)20 m/s，且急流風(fēng)向呈氣旋性彎曲，低空急流的左前側(cè)為強(qiáng)降水區(qū)。由此可見，當(dāng)對流層中高層環(huán)流形勢穩(wěn)定時(shí)，對流層低層偏北風(fēng)、偏南風(fēng)、偏東風(fēng)之間形成的“人”字形切變所產(chǎn)生的強(qiáng)輻合是強(qiáng)降水產(chǎn)生的動力條件。綜上所述，維持長達(dá)48 h以上的低空急流和切變的存在使得強(qiáng)降水區(qū)水汽輻合集中，從而提供持續(xù)的水汽輸送，起到明顯的輻合抬升作用，對暴雨的形成提供了非常有利的動力和水汽條件[8]。

1.1.3850 hPa環(huán)流形勢。16～18日850 hPa同樣有切變線存在，強(qiáng)降水前陜西受弱的偏東風(fēng)影響，隨著風(fēng)向轉(zhuǎn)為東北風(fēng)，風(fēng)速不斷增大，引導(dǎo)冷空氣逐漸南下。強(qiáng)降水出現(xiàn)時(shí)段，山東北部—河南北部—陜西南部形成12 m/s的偏東風(fēng)急流帶，河南南陽最大風(fēng)速達(dá)20 m/s，陜西南部風(fēng)速也達(dá)16 m/s，同時(shí)云貴高原到重慶北部的西南風(fēng)氣流也加強(qiáng)，切變線位置在陜西和四川交界處，對應(yīng)陜西中南部到四川東部產(chǎn)生強(qiáng)降水天氣。由此看出，偏東風(fēng)急流的位置和強(qiáng)度與強(qiáng)降水有很好的對應(yīng)關(guān)系，且偏東風(fēng)急流輸送的冷濕空氣有利于700 hPa暖濕空氣的爬升，從而提供了輻合抬升條件。

圖1　2011年9月16日08：00(a)和18日08：00(b)500 hPa高空形勢 (單位：dagpm)Fig. 1　The 500 hPa upper situation on 08:00 (a) of September 16 and 08:00 (b) of September 18, 2011

注：陰影區(qū)表示風(fēng)速≥12 m/s。Note: Shadow region indicated wind speed ≥ 12 m/s.圖2　2011年9月16日08：00～18日08：00(a)和16日20：00～18日20：00(b)700 hPa切變線和急流演變Fig. 2　 The 700 hPa shear line and jet stream on 08:00 of September 16-08:00 of September 18 (a) and 20:00 of September 16-20:00 of September 18 (b), 2011

1.2地面冷鋒演變從圖3可以看出，這次持續(xù)性強(qiáng)降水的地面冷空氣主體位于蒙古國北部，北路冷空氣移動緩慢，逐漸向南擴(kuò)散進(jìn)入陜西。16～18日強(qiáng)降水期間，陜西處于高壓底部，且四川東北部到陜西南部有倒槽維持和發(fā)展，冷鋒位置少動，是有利于降水的地面形勢，由于后傾明顯，使得高空暖濕氣流在低層冷空氣墊上爬升，加上秦嶺地形抬升和關(guān)中盆地的狹管效應(yīng)，從而使陜西中南部出現(xiàn)持續(xù)性降水[9]。

1.3南亞高壓和高空急流南亞高壓脊線的位置和變動與我國主要雨帶的位置和季節(jié)性變化密切相關(guān)[3]。由圖4可見，南亞高壓在降水開始前有一次北抬過程，16日脊線位于23°N附近，17日北抬至33°N，18日維持，19日南退至28°N。南亞高壓的位置與陜西強(qiáng)降水區(qū)有較好的對應(yīng)關(guān)系，當(dāng)脊線位于33°N附近時(shí)，陜西中南部處于南亞高壓東北側(cè)的輻散區(qū)，有利于這一區(qū)域強(qiáng)降水的產(chǎn)生和低層低值系統(tǒng)的發(fā)展。而高空急流軸在這次降水中有東移南壓增強(qiáng)過程，17日開始西風(fēng)急流中新疆─青海─河套的風(fēng)速增大，河套北部最大風(fēng)速達(dá)74 m/s，18日急流軸東移南壓，陜西中南部位于高空急流軸入口區(qū)右側(cè)的強(qiáng)輻散區(qū)，同時(shí)低空西南風(fēng)急流的建立和維持，增強(qiáng)了低空急流軸左側(cè)氣旋性輻合；高空的強(qiáng)輻散區(qū)和低空的強(qiáng)輻合區(qū)在陜西南部到四川東部的上空疊置，促使該區(qū)域產(chǎn)生暴雨天氣。

2物理量場分析

2.1θse能量場分析由16～18日θse沿108°E垂直剖面(圖5)可知，這次強(qiáng)降水天氣前期，θse沒有明顯的增大，不穩(wěn)定能量增加不是很顯著， 16～18日陜西處于相對穩(wěn)定層結(jié)中，在33°～38°N有顯著的密集鋒區(qū)，高能區(qū)位于35°N以南，低能區(qū)位于40°N以北，陜西位于相對高能區(qū)，且過程期間鋒區(qū)有明顯南壓，鋒區(qū)的南壓使得不穩(wěn)定能量釋放，陜西附近一直存在冷暖空氣的劇烈交匯，為陜西中南部暴雨的形成提供了足夠的熱力條件[10]。由此得出，θse的鋒區(qū)與強(qiáng)降水具有很好的對應(yīng)關(guān)系，強(qiáng)降水的發(fā)生是不穩(wěn)定能量累積后釋放的過程，θse鋒區(qū)的南壓對于強(qiáng)降水的預(yù)報(bào)具有一定指示意義。

圖3　2011年9月16日08：00～18日08：00地面冷鋒演變Fig. 3　Ground front evolution from 08:00 of September 16 to 08:00 of September 18, 2011

2.2水汽通量散度通過圖6的分析得出，16～18日中低層的強(qiáng)水汽輻合中心有增強(qiáng)南壓的過程，16日輻合中心-15×10-7g/(cm2· hPa·s)位于35°N，18日中心移至30°N并增強(qiáng)為-25×10-7g/(cm2· hPa·s)，且輻合氣流上升至500 hPa高度，中低層大量的水汽集合為陜西中南部區(qū)域性暴雨天氣創(chuàng)造了非常有利的水汽條件。

注：雙箭頭線為高空急流位置；實(shí)線為南亞高壓脊線位置。圖4　2011年9月16日08：00～19日08：00南亞高壓和高空急流演變Fig. 4　Evolution of south Asia high and upper level jet stream from 08:00 of September 16 to 08:00 of September 19, 2011

圖5　2011年9月16～18日暴雨區(qū)沿108°E θse垂直剖面(單位：K)Fig. 5　θse vertical cross section along 108°E in heavy rain area from September 16 to 18, 2011

2.3垂直速度場從圖7可以看出，16～18日陜西一直處于上升運(yùn)動區(qū)內(nèi)，上升運(yùn)動中心位于500～600 hPa，17日20：00上升運(yùn)動最強(qiáng)，中心值為-45×10-3hPa/s，對應(yīng)陜西出現(xiàn)強(qiáng)降水天氣。強(qiáng)的上升運(yùn)動有利于水汽的抬升凝結(jié)，為此次陜西的暴雨天氣提供了良好的動力和水汽條件，同時(shí)32°N以南為上升運(yùn)動區(qū)、45°N以北為下沉運(yùn)動區(qū)，從而形成一次級環(huán)流，此次級環(huán)流又增強(qiáng)了上升運(yùn)動的發(fā)展[11]。

3結(jié)論

(1)造成此次降水天氣的環(huán)流形勢具有陜西秋季典型的連陰雨暴雨的環(huán)流特征，主要是東北到蒙古的橫槽底部冷空氣緩慢擴(kuò)散和副熱帶高壓外圍暖濕氣流共同造成的。對流層低層偏北風(fēng)、偏南風(fēng)、偏東風(fēng)之間形成的“人”字形切變所產(chǎn)生的強(qiáng)輻合是強(qiáng)降水產(chǎn)生的動力條件。

(2)充足的水汽是暴雨產(chǎn)生的必要條件，維持48 h以上的低空急流提供了持續(xù)的水汽輸送，使得強(qiáng)降水區(qū)水汽輻合集中，起到明顯的輻合抬升作用，對暴雨的形成提供了非常有利的動力和水汽條件。高低空急流間的耦合與南壓高壓的北抬，促使了暴雨的發(fā)生。

(3)θse的鋒區(qū)與出現(xiàn)明顯降水具有很好的對應(yīng)關(guān)系，強(qiáng)降水的發(fā)生是不穩(wěn)定能量累積后釋放的過程，θse鋒區(qū)的南壓對于強(qiáng)降水的預(yù)報(bào)具有一定指示意義。

圖6　2011年9月16～18日暴雨區(qū)沿108°E水汽通量散度垂直剖面[單位：10-7g/(cm2· hPa·s)]Fig. 6　Vertical cross section of vapor flux divergence along 108°E in rainstorm area from September 16 to 18, 2011

(4)次級環(huán)流的形成增強(qiáng)了上升運(yùn)動的發(fā)展，強(qiáng)烈的上升運(yùn)動和高能高濕的環(huán)境場不僅為暴雨的產(chǎn)生提供了足夠的動力，還為暴雨的產(chǎn)生提供了充足的水汽和不穩(wěn)定能量。

圖7　2011年9月16～18日暴雨區(qū)沿108°E垂直速度場垂直剖面(單位：10-3 hPa/s)Fig. 7　Vertical cross section of vertical velocity field along 108 °E in rainstorm area from September 16 to 18, 2011

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Process Analysis of a Persistent Rainstorm in Central South Shaanxi Province

LI Xiao-li1, ZHENG Rong-yu2, YAN Zhu-qin3et al

(1. Meteorological Station of Yulin City, Yulin, Shaanxi 719000; 2. Meteorological Station of Sanming City, Sanming, Fujian 365000; 3. Meteorological Station of Zongyang County, Anqing, Anhui 246701)

AbstractConventional observation data were used to closely integrate the physical conditions of rainstorm. The pathogenetic mechanism and process features of a persistent rainstorm were preliminarily analyzed in central south Shaanxi Province from September 16 to 19, 2011 from the aspects of circulation pattern, influencing system and physical quantity field. Results showed that this rainstorm process happened in the deep updraft with significant water vapour flux convergence and water vapour flux transfer, long-term maintain of high- and low-level jet, and slow move of ground cold front, which all led to the persistency of rainstorm weather. θsefrontal position had relatively good corresponding relation with the appearance of heavy precipitation. θse front southward showed certain guiding significance to the forecast of heavy precipitation.

Key wordsPersistent rainstorm; Circulation pattern; Influencing system; Physical quantity field

作者簡介李曉利(1982- )，女，陜西榆林人，工程師，從事短期短時(shí)天氣研究。

收稿日期2016-01-28

中圖分類號S 161.6

文獻(xiàn)標(biāo)識碼A

文章編號0517-6611(2016)08-243-04